WO2011040782A2 - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

태양광 발전장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the embodiment relates to a photovoltaic device and a method of manufacturing the same.
  • Method of manufacturing a solar cell apparatus comprises the steps of forming a back electrode layer on a substrate; Forming an alloy layer on the back electrode layer; Forming a light absorbing layer on the alloy layer; And forming a front electrode layer on the light absorbing layer.
  • a solar cell apparatus in another embodiment, includes a substrate; A rear electrode layer disposed on the substrate; A light absorbing layer disposed on the back electrode layer; A front electrode layer disposed on the light absorbing layer; A connection wiring extending from the front electrode layer, penetrating the light absorbing layer, and connected to the back electrode layer; And an alloy layer interposed between the back electrode layer and the connection line.
  • the solar cell apparatus according to the embodiment may have improved electrical characteristics and may have improved photoelectric conversion efficiency.
  • each substrate, layer, film, or electrode is described as being formed “on” or “under” of each substrate, layer, film, or electrode, etc.
  • "On” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed through other components.
  • the criteria for the top or bottom of each component will be described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for description, and does not mean a size that is actually applied.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a solar cell panel according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along line AA ′ in FIG. 1.
  • the support substrate 100 may be an insulator.
  • the support substrate 100 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a metal substrate.
  • the support substrate 100 may be a soda lime glass substrate.
  • the support substrate 100 may be transparent.
  • the support substrate 100 may be rigid or flexible.
  • the back electrodes are spaced apart from each other by the first through holes P1.
  • the back electrodes are arranged in a stripe shape.
  • the first metal may be molybdenum (Mo).
  • the second metals may be selected from group I elements and group III elements.
  • the second metals may be copper (Cu), gallium (Ga), and indium (In).
  • the alloy layer 310 may include a molybdenum alloy.
  • the alloy layer 310 may include a molybdenum intermetallic compound.
  • the alloy layer 310 may include a molybdenum-I-based intermetallic compound, a molybdenum-III-based intermetallic compound, or a molybdenum-I-group-based intermetallic compound.
  • the alloy layer 310 may include any one of MoIn, MoGa, MoCu, Mo (In, Ga), Mo (Ga, Cu), and Mo (In, Ga, Cu).
  • the energy band gap of the light absorbing layer 300 may be about 1 eV to 1.8 eV.
  • connection lines 700 connect adjacent cells to each other.
  • the connection lines 700 connect the windows and the back electrodes included in the cells C1, C2... Adjacent to each other.
  • connection part 700 is formed integrally with the front electrode layer 600. That is, the material used as the connection part 700 is the same as the material used as the front electrode layer 600.
  • 3 to 9 are views illustrating a method of manufacturing the solar cell apparatus according to the embodiment.
  • the present manufacturing method refer to the above-described photovoltaic device. That is, the foregoing description of the photovoltaic device may be essentially combined with the description of the present manufacturing method.
  • the back electrode layer 200 is formed on the support substrate 100.
  • the back electrode layer 200 may be formed of a conductor such as metal.
  • the light absorbing layer 300 includes a group I-III-VI compound.

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 합금층; 상기 합금층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.

Description

태양광 발전장치 및 이의 제조방법
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 수요가 증가함에 따라서, 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 대한 개발이 진행되고 있다.
특히, 유리 기판, 금속 후면 전극층, p형 CIGS 계 광 흡수층, 고저항 버퍼층, n형 창층 등을 포함하는 기판 구조의 pn 헤테로 접합 장치인 CIGS계 태양전지가 널리 사용되고 있다.
이러한 태양전지는 복수개의 셀이 상호 연결되어 형성되는 것으로, 각의 셀들의 전기적인 특성을 향상시키기 위한 연구들이 진행되고 있다.
실시예는 접촉 특성 등과 같은 전기적인 특성이 향상되고, 향상된 광-전 변환 효율을 가지는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 합금층; 상기 합금층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 합금층을 형성하는 단계; 상기 합금층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 다른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층; 상기 전면전극층으로부터 연장되고, 상기 광 흡수층을 관통하고, 상기 후면전극층에 접속되는 접속 배선; 및 상기 후면전극층 및 상기 접속 배선 사이에 개재되는 합금층을 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 광 흡수층의 백 컨택으로 사용되는 후면전극층의 표면에 합금층이 형성된다. 특히, 합금층은 후면전극층에 포함되는 제 1 금속 및 광 흡수층에 포함되는 제 2 금속의 합금을 포함할 수 있다.
이때, 접속 배선은 합금층을 통해서, 후면전극층에 접속되고, 합금층은 접속 배선 및 후면전극층 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있다.
일반적으로 CIGS 광 흡수층을 형성할 때 후면전극인 몰리브덴 박막과 셀레늄의 반응에 의하여 MoSe2막이 형성될 수 있다. 이러한 MoSe2막은 상기 후면전극층과 접속 배선 사이의 컨택저항을 높일 수 있다.
본 실시예에서는 합금층에 의해서, 위와 같은 MoSe2막의 형성을 억제할 수 있고, 이에 따라서, 상기 후면전극층 및 상기 접속 배선 사이의 컨택 저항이 높아지는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가지고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 합금층에 의하여 상기 후면전극층의 표면이 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 태양전지 패널을 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양전지 패널을 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 패널은 지지기판(100), 후면전극층(200), 합금층(310), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 전면전극층(600) 및 다수 개의 접속 배선들(700)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 후면전극층(200), 합금층(310), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면전극층(600) 및 상기 접속 배선들(700)을 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(P1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(P1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(P1)은 평면에서 보았을 때, 일 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(P1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(P1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 이면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(P1)에 의해서, 상기 이면전극들이 정의된다.
상기 이면전극들은 상기 제 1 관통홈들(P1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 이면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 이면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(P1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 합금층(310)은 상기 제 1 관통홈들(P1)의 내측면을 덮는다. 이때, 상기 합금층(310)은 상기 제 1 관통홈들(P1)에 의해서 노출된 지지기판(100)의 상면에는 형성되지 않는다.
상기 합금층(310)은 합금을 포함한다. 더 자세하게, 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200)에 포함된 제 1 금속 및 상기 광 흡수층(300)에 포함된 제 2 금속들 중 적어도 하나의 합금을 포함한다.
상기 합금층(310)은 금속간 화합물(intermetallic compound)를 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 금속 및 상기 제 2 금속들 중 적어도 하나의 금속간 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 금속은 몰리브덴(Mo)일 수 있다. 또한, 상기 제 2 금속들은 Ⅰ족 원소 및 Ⅲ족 원소로부터 선택될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 금속들은 구리(Cu), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)일 수 있다.
이에 따라서, 상기 합금층(310)은 몰리브덴 합금을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 합금층(310)은 몰리브덴 금속간 화합물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 합금층(310)은 몰리브덴-Ⅰ족계 금속간 화합물, 몰리브덴-Ⅲ족계 금속간 화합물 또는 몰리브덴-Ⅰ족-Ⅲ족계 금속간 화합물을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 합금층(310)은 MoIn, MoGa, MoCu, Mo(In,Ga), Mo(Ga,Cu) 및 Mo(In,Ga, Cu) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300) 사이에 개재된다. 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 광 흡수층(300)에 직접 접촉된다. 또한, 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 접속 배선들(700) 사이에 개재된다. 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200) 및 상기 접속 배선들(700)에 직접 접촉된다.
상기 합금층(310)의 두께는 약 10㎚ 내지 약 50nm이다. 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200)의 전면에 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 합금층(310) 상에 배치된다. 상기 광 흡수층(300)은 상기 합금층(310)에 직접 접촉될 수 있다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(P1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ족 원소, Ⅲ족 원소 및 Ⅵ족 원소를 포함한다. 더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(P2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(P2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(P2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(P2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(P2)은 상기 합금층(310)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(P2)은 상기 제 1 관통홈들(P1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(P2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(P1)의 옆에 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(P2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다.
상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)은 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(P3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 윈도우들로 구분된다. 즉, 상기 윈도우들은 상기 제 3 관통홈들(P3)에 의해서 정의된다.
상기 윈도우들은 상기 이면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 윈도우들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 윈도우들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(P3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(P2) 및 상기 제 3 관통홈들(P3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(P2) 및 상기 제 3 관통홈들(P3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다.
상기 접속 배선들(700)은 상기 제 2 관통홈들(P2) 내측에 배치된다. 상기 접속 배선들(700)은 상기 전면전극층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 합금층(310)을 통하여, 상기 후면전극층(200)에 접속된다. 즉, 상기 접속 배선들(700)은 상기 합금층(310)에 직접 접속된다. 예를 들어, 상기 접속 배선들(700)은 상기 제 1 셀(C1)의 윈도우로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 이면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속 배선들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속 배선들(700)은 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 윈도우과 이면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 접속 배선들(700)은 상기 합금층(310)을 통해서, 상기 후면전극층(200)에 접속되기 때문에, 상기 합금층(310)은 상기 접속 배선들(700) 및 상기 후면전극층(200) 사이의 컨택 저항을 낮출 수 있다.
일반적으로 CIGS 광 흡수층(300)을 형성할 때 후면전극인 몰리브덴 박막과 셀레늄의 반응에 의해서, MoSe2막이 형성될 수 있다. 이러한 MoSe2막은 상기 후면전극층(200)과 접속 배선 사이의 컨택저항을 높일 수 있다.
본 실시예에서는 상기 합금층(310)에 의해서, 위와 같은 MoSe2막의 형성을 억제할 수 있고, 이에 따라서, 상기 후면전극층(200) 및 상기 접속 배선들(700) 사이의 컨택 저항이 높아지는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 전기적인 특성을 가지고, 향상된 광-전 변환 효율을 가질 수 있다.
또한, 상기 합금층(310)에 의하여 상기 후면전극층(200)의 표면이 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 3 내지 도 9는 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 도면들이다. 본 제조 방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치를 참고한다. 즉, 앞선 태양광 발전장치에 대한 설명은 본 제조 방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 지지기판(100) 상에 후면전극층(200)이 형성된다. 상기 후면전극층(200)은 금속 등의 도전체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 후면전극층(200)은 몰리브덴(Mo)을 타겟(target)으로 사용하여, 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이는, 몰리브덴(Mo)이 가진 높은 전기 전도도, 광 흡수층(300)과의 오믹(ohmic) 접합, Se 분위기 하에서의 고온 안정성 때문이다.
상기 후면전극층(200)인 몰리브덴 박막은 전극으로서 비저항이 낮아야하고, 열팽창 계수의 차이로 인하여 박리현상이 일어나지 않도록 상기 지지기판(100)에의 점착성이 뛰어나야 한다.
한편, 상기 후면전극층(200)을 형성하는 물질은 이에 한정되지 않고, 나트륨(Na) 이온이 도핑된 몰리브덴(Mo)으로 형성될 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 후면전극층(200)은 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 후면전극층(200)이 복수개의 층으로 형성될 때, 상기 후면전극층(200)을 이루는 층들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에 제 1 관통홀들(P1)이 형성되고, 상기 후면전극층(200)은 패터닝될 수 있다. 상기 제 1 관통홀들(P1)은 상기 기판(100)의 상면을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 관통홀들(P1)은 기계적 장치 또는 레이저 장치에 의하여 패터닝 될 수 있다. 상기 제 1 관통홀들(P1)의 폭은 80㎛±20 일 수 있다.
상기 제 1 관통홀들(P1)에 의하여 상기 후면전극층(200)은 스트라이프(stripe) 형태 또는 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있으며, 각각의 셀에 대응할 수 있다. 한편, 상기 후면전극층(200)은 상기의 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1 관통홀들(P1)이 형성된 후면전극층(200) 상에 합금층(310)이 형성된다.
상기 합금층(310)을 형성하기 위해서, 상기 광 흡수층(300) 형성에 대한 전처리 공정을 진행한다.
상기 전처리 공정은 Ⅵ계 원소를 제외한 분위기에서 Ⅰ족 및/또는 Ⅲ족 원소을 스퍼터링 또는 동시 증착법(co-evaporation)을 통해 상기 후면전극층(200)에 증착하는 공정이다. 즉, 상기 스퍼터링 또는 동시 증착법에 의해서, 상기 Ⅰ족 및/또는 Ⅲ족 원소가 상기 후면전극층(200) 상에 증착된다.
이때, 상기 전처리 공정은 약 500℃ 내지 약 1500℃의 온도에서 진행되는 고온 공정일 수 있다. 이에 따라, 상기 증착되는 Ⅰ족 및/또는 Ⅲ족 원소는 상기 후면전극층(200)에 포함된 금속과 바로 반응하여, 상기 합금층(310)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 전처리 공정의 조건은 상기 합금층(310)을 형성하는데 충분한 온도에서 진행될 수 있다.
상기 전처리 공정에 의하여 상기 후면전극층(200) 상에 증착되는 Ⅰ족, Ⅲ족 또는 Ⅰ족-Ⅲ족 원소는 상기 후면전극층(200)에 포함된 금속과 반응하여, 금속간 화합물이 형성된다.
예를 들어, 상기 전처리 공정은 구리(Cu),인듐(In),갈륨(Ga), 구리-인듐, 구리-갈륨, 인듐-갈륨 및 구리-인듐-갈륨 중 어느 하나를 이용한 증착공정이다.
따라서, 상기 후면전극층(200)의 표면에는 MoIn, MoGa, MoCu, Mo(Cu,In) Mo(In,Ga), Mo(Ga,Cu) 및 Mo(In,Ga, Cu) 중 어느 하나로 이루어진 상기 합금층(310)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200)인 몰리브덴 박막과의 반응에 의하여 형성되는 것이므로, 상기 기판(100)을 노출시키는 상기 제 1 관통홀(P1)의 바닥면에는 상기 합금층(310)이 형성되지 않는다.
상기 합금층(310)은 약 10㎚ 내지 약 50nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 합금층(310)이 형성된 후, 상기 합금층(310)은 약 100℃ 내지 약 500℃의 온도에서 추가적으로 열처리될 수 있다.
상기 합금층(310)은 상기 후면전극층(200)의 표면을 따라 형성될 수 있다. 즉, 상기 합금층(310)은 후면전극층(200)의 표면에만 선택적으로 형성되고, 상기 제 1 관통홀들(P1)의 바닥면에는 Ⅰ족 원소층, Ⅲ족 원소층 또는 Ⅰ-Ⅲ족 화합물층(320)이 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 합금층(310) 상에 광 흡수층(300)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다.
더 자세하게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In, Ga)Se2, CIGS계) 화합물을 포함한다.
이와는 다르게, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-셀레나이드계(CuInSe2, CIS계) 화합물 또는 구리-갈륨-셀레나이드계(CuGaSe2, CGS계) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 후처리 공정에 의하여 형성될 수 있다.
상기 후처리 공정은 Ⅵ계 원소를 포함하는 분위기에서 형성될 수 있다.
상기 전처리 공정 및 후처리 공정은 연속공정일 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서, 구리 타겟, 인듐 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하여, 상기 제 1 관통홀들(P1)을 포함하는 후면전극층(200) 상에 CIG계 금속 프리커서(precursor)막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서막은 셀레니제이션(selenization) 공정에 의해서, 셀레늄(Se)과 반응하여 CIGS계 광 흡수층이 형성된다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 구리,인듐,갈륨,셀레나이드(Cu, In, Ga, Se)를 동시증착법(co-evaporation)에 의해 형성할 수도 있다.
이에 따라, 상기 합금층(310) 상에 상기 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
특히, 상기 합금층(310)에 의하여 상기 광 흡수층(300)을 이루는 셀레늄 및 상기 후면전극층(200)을 이루는 몰리브덴의 반응이 방지되어, MoSe2의 형성이 억제될 수 있다.
이러한 MoSe2층은 상기 후면전극층(200)과 전면전극층의 컨택저항을 증가시킬 수 있다.
따라서, 실시예에서는 상기 후면전극층(200) 상에 형성된 상기 합금층(310)에 의하여 MoSe2의 형성을 차단하고, 상기 후면전극층(200)과 전면전극층의 컨택저항을 낮출 수 있다.
한편, 상기 제 1 관통홀들(P1)의 바닥면에는 Ⅰ족 원소층, Ⅲ족 원소층 또는 Ⅰ-Ⅲ족 화합물층(320)은 상기 후처리 공정에 의하여 상기 광 흡수층(300)으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 외부의 광을 입사 받아, 전기 에너지로 변환시킨다. 상기 광 흡수층(300)은 광전효과에 의해서 광 기전력을 생성한다.
도 6을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상에 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 적어도 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(400)은 화학 용액 증착법(chemical bath deposition: CBD)에 의하여 황화 카드뮴(CdS)으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 버퍼층(400)은 n형 반도체 층이고, 상기 광 흡수층(300)은 p형 반도체 층이다. 따라서, 상기 광 흡수층(300) 및 버퍼층(400)은 pn 접합을 형성한다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 투명전극층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 고저항 버퍼층(500)은 ITO, ZnO 및 i-ZnO 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 산화 아연(ZnO)을 타겟으로 한 스퍼터링 공정을 진행하여, 산화 아연층으로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)은 상기 광 흡수층(300)과 이후 형성될 전면전극층(600)의 사이에 배치된다.
즉, 상기 광 흡수층(300)과 전면전극층(600)은 격자상수와 에너지 밴드 갭의 차이가 크기 때문에, 밴드 갭이 두 물질의 중간에 위치하는 상기 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)을 삽입하여 양호한 접합을 형성할 수 있다.
본 실시예에서 두개의 버퍼층들(400, 500)을 상기 광 흡수층(300) 상에 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 버퍼층들(400, 500)은 단일층으로 형성될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(500), 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)을 관통하는 제 2 관통홀들(P2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홀들(P2)은 상기 합금층(310)을 노출시킬 수 있다.
상기 제 2 관통홀들(P2)은 상기 제 1 관통홀(P1)에 인접하여 형성될 수 있다.
상기 제 2 관통홀들(P2)은 레이저(laser)를 조사하거나, 팁(Tip)과 같은 기계적(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 합금층(310)이 상기 후면전극층(200) 상에 형성되어 있으므로, 상기 제 2 관통홀들(P2)을 형성하기 위한 스크라이빙 공정에 의하여 상기 후면전극층(200)을 보호할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 투명한 도전물질을 적층하고, 전면전극층(600)이 형성된다.
상기 전면전극층(600)이 형성될 때, 상기 투명한 도전물질이 상기 제 2 관통홀들(P2)에도 삽입되어 접속 배선들(700)을 형성할 수 있다.
상기 접속 배선들(700)은 상기 제 2 관통홀들(P2)을 통해 상기 후면전극층(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
특히, 상기 접속 배선들(700)은 상기 후면전극층(200)의 표면에 형성된 상기 합금층(310)과 접촉하고, 상기 후면전극층(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 접속 배선들(700)과 상기 후면전극층(200)의 컨택특성이 향상될 수 있다. 특히, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 백 컨택(back contact)으로 사용되는 후면전극층(200)의 표면을 따라 흐르는 전류의 이동성 및 전도성이 향상될 수 있다.
상기 전면전극층(600)은 스퍼터링 공정을 진행하여 알루미늄(Al) 또는 알루미나(Al2O3)로 도핑된 산화 아연으로 형성된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 광 흡수층(300)과 pn접합을 형성하는 윈도우(window)층으로서, 태양전지 전면의 투명전극의 기능을 하기 때문에 광투과율이 높고 전기 전도성이 좋은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
따라서, 상기 산화 아연에 알루미늄 또는 알루미나를 도핑함으로써 낮은 저항값을 갖는 전극을 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(600)인 산화 아연 박막은 RF 스퍼터링 방법으로 ZnO 타겟을 사용하여 증착하는 방법과, Zn 타겟을 이용한 반응성 스퍼터링, 그리고 유기금속화학 증착법 등으로 형성될 수 있다.
또한, 전기광학적 특성이 뛰어난 ITO(Indium Tin Oxide) 박막을 산화 아연 박막 상에 증착한 2중 구조를 형성할 수도 있다.
도 9를 참조하면, 상기 전면전극층(600), 고저항 버퍼층(500), 버퍼층(400) 및 광 흡수층(300)을 관통하는 제 3 관통홀들(P3)이 형성된다.
상기 제 3 관통홀들(P3)은 상기 합금층(310)을 선택적으로 노출시킬 수 있다. 상기 제 3 관통홀들(P3)은 상기 제 2 관통홀들(P2)과 인접하도록 형성될 수 있다.
상기 제 3 관통홀들(P3)은 레이저(laser)를 조사하거나, 팁(Tip)과 같은 기계적(mechanical) 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제 3 관통홀들(P3)이 형성될 때 상기 합금층(310)에 의하여 상기 후면전극층(200)의 표면이 보호될 수 있다.
즉, 상기 합금층(310)이 상기 후면전극층(200)의 표면에 형성되어 있으므로, 상기 레이저 또는 팁을 사용한 식각 공정시 상기 합금층(310)이 상기 후면전극층(200)의 보호층 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 후면전극층(200)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 3 관통홀들(P3)에 의하여 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500) 및 전면전극층(600)은 셀 별로 상호 분리될 수 있다.
이때, 상기 접속 배선(700)에 의해 각각의 셀은 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 접속 배선(700)은 상호 인접하는 셀의 후면전극층(200)과 전면전극층(600)을 물리적, 전기적으로 연결할 수 있다.
실시예에서는 CIGS 광 흡수층(300)의 전처리 공정에 의하여 후면전극 상에 합금층(310)이 형성될 수 있다.
상기 합금층(310)에 의하여 상기 광 흡수층(300)을 형성할 때 MoSe2의 형성을 억제하여, 상기 후면전극의 컨택특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 태양광 발전장치의 전기적 특성 및 광-전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예에 따른 태양전지 패널은 태양광 발전 분야에 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 합금층;
    상기 합금층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 상기 후면전극층에 포함된 제 1 금속 및 상기 광 흡수층에 포함된 제 2 금속의 합금을 포함하는 태양광 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 합금층은 상기 제 1 금속 및 상기 제 2 금속의 금속간 화합물을 포함하는 태양광 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 몰리브덴 합금을 포함하는 태양광 발전장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전면전극층으로부터 연장되며, 상기 합금층에 직접 접속되는 접속 배선을 포함하는 태양광 발전장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 몰리브덴-Ⅰ족계 금속간 화합물, 몰리브덴-Ⅲ족계 금속간 화합물 또는 몰리브덴-Ⅰ족-Ⅲ족계 금속간 화합물을 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 MoIn, MoGa, MoCu, Mo(In,Ga), Mo(Ga,Cu) 또는 Mo(In,Ga, Cu)을 포함하는 태양광 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층의 두께는 약 10㎚ 내지 약 50㎚인 태양광 발전장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극층에는 다수 개의 제 1 관통홈들이 형성되고,
    상기 합금층은 상기 제 1 관통홈들의 내측면을 덮는 태양광 발전장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 상기 후면전극층 및 상기 광 흡수층에 직접 접촉하는 태양광 발전장치.
  11. 기판 상에 후면전극층을 형성하는 단계;
    상기 후면전극층 상에 합금층을 형성하는 단계;
    상기 합금층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
    상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 합금층을 형성하는 단계는
    상기 후면전극층 상에 제 2 금속을 증착하는 단계; 및
    상기 후면전극층에 포함된 제 1 금속 및 상기 제 2 금속을 반응시켜서 상기 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 금속은 Ⅰ족 원소 또는 Ⅲ족 원소인 태양광 발전장치의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 금속은 몰리브덴이고, 상기 제 2 금속은 구리, 갈륨 또는 인듐인 태양광 발전장치의 제조방법.
  15. 제 11 항에 잇어서, 상기 합금층을 형성하는 단계는
    상기 후면전극층 상에 Ⅰ족 원소 및 Ⅲ족 원소를 동시에 증착하는 단계; 및
    상기 후면전극층에 포함된 금속 및 상기 Ⅰ족 원소 및 Ⅲ족 원소를 반응시켜서, 상기 합금층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 광 흡수층에 다수 개의 제 2 관통홈들을 형성하는 단계; 및
    상기 제 2 관통홈들에 상기 전면전극층으로부터 연장되며, 상기 합금층에 직접 접촉되는 접속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
  17. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
    상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층;
    상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층;
    상기 전면전극층으로부터 연장되고, 상기 광 흡수층을 관통하고, 상기 후면전극층에 접속되는 접속 배선; 및
    상기 후면전극층 및 상기 접속 배선 사이에 개재되는 합금층을 포함하는 태양광 발전장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 합금층은 상기 후면전극층 및 상기 접속 배선에 직접 접촉하는 태양광 발전장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 합금층은 상기 후면전극층에 포함된 제 1 금속 및 상기 광 흡수층에 포함된 제 2 금속의 합금을 포함하는 태양광 발전장치.
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